DE112011101719T5

DE112011101719T5 - Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät mit einer zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung

Info

Publication number: DE112011101719T5
Application number: DE112011101719T
Authority: DE
Inventors: Yu Hyun Shin; Yu Bin Shin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2013-04-25
Also published as: WO2011145883A2; US9316414B2; KR20100061787A; CN102959343B; JP5876873B2; CN102959343A; JP2013526782A; KR101046230B1; US20130061911A1; WO2011145883A3

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät, das eine Lichtauffangvorrichtung umfasst, die unabhängig vom Lauf der Sonne Licht in Solarzellenmodulen auffingt. Die fotovoltaische Stromerzeugung beinhaltet, dass es Sonnenenergie von Solarzellenmodulen absorbiert und Elektrizität aus der Sonnenenergie erzeugt werden kann. Das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung umfasst Folgendes: die Lichtauffangvorrichtung, die die Notwendigkeit des Verfolgens und Bewegens zusammen mit der Sonne aufhebt; eine kleine Anzahl von Solarzellenmodulen, die die Sonne verfolgen und sich mit ihr bewegen; und eine Vorrichtung zum Bewegen der Module, wobei das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung Elektrizität mithilfe der Lichtauffangvorrichtung, der Solarzellenmodule und der Vorrichtung zum Bewegen der Module erzeugt, wodurch die Kosten zum Installieren und Betreiben von fotovoltaischen Stromerzeugungsanlagen stark gesenkt werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ein fotovoltaisches Stromerzeugungsverfahren ist ein Verfahren zum direkten Umwandeln unendlich verfügbarer Sonnenenergie in elektrische Energie, wobei die praktische Anwendung des Verfahrens zunehmend wichtiger wird, um Treibhausegase zu reduzieren, die Umwelt zu schützen und alternative Energien in größerem Umfang anzuwenden usw. Allerdings handelt es sich beim fotovoltaischen Stromerzeugungsverfahren um ein kostspieliges Verfahren, da zahlreiche teure Solarzellenmodule verwendet und präzise gedreht werden müssen, um dem Lauf der Sonne zu folgen, weshalb Vorschriften auf Landesebene, Umweltbestimmungen und Subventionen usw. benötigt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät für die fotovoltaische Stromerzeugung zur Reduzierung von Investitionskosten und Betriebskosten der fotovoltaischen Stromerzeugung und mit vereinfachtem Aufbau, das eine zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung umfasst, die derart ausgelegt ist, dass sie trotz der Variation eines Einfallswinkels von Sonnenlicht entsprechend dem Lauf der Sonne nicht vom Einfallswinkel des Sonnenlichts auf ein Solarzellenmodul abhängig ist, Solarzellenmodule, die entsprechend dem Lauf der Sonne auf der Fokusbahn bewegbar sind, die an einer gegenüberliegenden Seite der Lichtauffangvorrichtung ausgebildet ist, und eine Vorrichtung zum Anpassen der Bewegung der Module.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die Dichte von Sonnenenergie, die auf die Erde trifft, ist nahezu konstant; allerdings variiert die vom Boden absorbierte Sonnenenergie je nach Einfallswinkel oder Stand der Sonne stark, und auch die Effizienz der fotovoltaischen Stromerzeugung unterliegt starken Schwankungen. Angesichts dessen liegen allgemein zwei Verfahren für die fotovoltaische Stromerzeugung vor: ein Verfahren, wobei ein flaches, plattenförmiges Solarzellenmodul mit großer Fläche direkt verwendet wird, und ein Verfahren, wobei ein Solarzellenmodul mit einer Lichtauffangvorrichtung verwendet wird.
Das flache, plattenförmige Solarzellenmodul weist einen einfachen Aufbau auf und ist leicht zu installieren und zu warten, weshalb es häufig eingesetzt wird; es ist jedoch aufgrund seiner Investitionskosten nachteilig, da eine große Zahl teurer Module benutzt werden.
Wenn als Lösung zum Verringern der Anzahl verwendeter Solarzellenmoduleverschiedene Lichtauffangverfahren wie z. B. eine konvexe Linse, ein konkaver Spiegel, eine reflektierende Platte oder eine Fresnel-Linse ( koreanische Patentschriften Nr. 10-0420868 und 10-0466257 ) verwendet werden, lässt sich die Sonnenenergie akkumulieren, so dass elektrische Energie mithilfe einer relativ geringen Anzahl von Solarzellenmodulen erzeugt werden kann. Allerdings muss das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät, das mit der Lichtauffangvorrichtung ausgestattet ist, in präziser Verfolgung der Sonne gedreht werden, damit das Gerät stets senkrecht zur Sonne steht, weshalb eine Antriebsvorrichtung benötigt wird; hieraus ergibt sich der Nachteil, dass der Aufbau des Geräts komplex ist.
Je nachdem, ob das Solarzellenmodul die Sonne verfolgt oder nicht, gibt es einen fest angeordneten Typ, einen Verfolgungstyp mit einer Achse und einen Verfolgungstyp mit zwei Achsen. Beim fest angeordneten Typ ist das Modul unabhängig von der Bewegung der Sonne fest in einer Richtung angeordnet, und die Anwendung ist nur als flacher, plattenförmiger Typ möglich. Beim einachsigen Verfolgungstyp besteht eine Art der Verfolgung des Einfallswinkels der Sonne darin, dass die Sonne vom Morgen bis zum Abend in Ost-West-Richtung verfolgt wird und die Lichtauffangvorrichtung und das Solarzellenmodul um einen maximalen Winkel von 180 Grad gedreht werden; in Korea beträgt der Drehwinkel 120 Grad von 8.00 bis 16.00 Uhr, da während dieser Zeit wirkungsvolles Sonnenlicht verfügbar ist. Wenn beim einachsigen Typ der Stand der Sonne verfolgt wird, beträgt der Drehwinkel in Süd-Nord-Richtung je nach Sonnenstand etwa 40 Grad. Beim zweiachsigen Typ werden sowohl der Sonnenstand als auch der Einfallswinkel gleichzeitig verfolgt.
Im Falle eines üblichen fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts des Verfolgungstyps mit der erwähnten Lichtauffangvorrichtung existieren Nachteile, indem zwar die Anzahl der verwendeten Solarzellenmodule reduziert werden kann, aber das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät entsprechend dem Lauf der Sonne gedreht werden muss; falls das Sonnenlicht und die Lichtauffangvorrichtung auch nur geringfügig vom rechten Winkel abweichen, nimmt die Effizienz des Sonnenlichts dramatisch ab, weshalb eine präzise Sonnenlichtverfolgungsvorrichtung benötigt wird, um die Rechtwinkligkeit stets aufrechtzuerhalten; da das gesamte schwere fotovoltaische Stromerzeugungsgerät, die Solarzellenmodule und die Sonnenlichtauffangvorrichtung entsprechend der Bewegung der Sonne bewegt werden müssen, nehmen sie viel Raum ein, und es wird eine komplexe Antriebsvorrichtung benötigt, und das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät muss von einem festen, komplexen und stabilen Aufbau getragen werden, der das Gerät halten kann, damit es nicht aufgrund des eigenen Gewichts, durch Wind, Regen oder Schnee verformt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Zum Lösen der wirtschaftlichen und mechanischen Probleme des fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts mit der üblichen Lichtauffangvorrichtung stellt die vorliegende Erfindung ein fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät bereit, das eine zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, von einem Einfallwinkel von Sonnenlicht entsprechend dem Lauf der Sonne unabhängig zu sein, Solarzellenmodule, die auf der Fokusbahn, die an einer gegenüberliegenden Seite der Lichtauffangvorrichtung ausgebildet ist, in einer zur Sonne entgegengesetzten Richtung entsprechend dem Weg der Sonne bewegbar sind, und eine Vorrichtung zum Anpassen der Bewegung der Module bereit.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Lichtauffangvorrichtung bereitgestellt wird, kann die Anzahl der verwendeten Solarzellenmodul drastisch reduziert werden; die einzigen mechanisch bewegten Teile des Gerätes insgesamt sind die Solarzellenmodule und die Vorrichtung zum Bewegen der Module, weshalb die Anzahl beweglicher Teile minimiert wird, und durch Steuern der Solarzellenmodule derart, dass sie auf der Fokusbahn positioniert werden, kann ein Maximum an Sonnenlicht absorbiert werden, weshalb der Aufbau des fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts wesentlich vereinfacht werden und dieses fest installiert werden kann, so dass sich Investitionskosten und Betriebskosten der fotovoltaischen Stromerzeugungsanlage drastisch senken lassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts, das eine Lichtauffangvorrichtung und ein Modul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei die einzelnen Geräte parallel in einer Ebene angeordnet sind.
2 ist eine Ansicht, die die Variation der Fokusbahn der Lichtauffangvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung abhängig von der Sonnenposition zeigt.
3 ist eine mimetische Darstellung des Einfallens von Sonnenlicht auf ein Modul, wobei im Falle der Vorrichtung A das Sonnenlicht auf eine große Anzahl von Modulen fällt, im Falle der Vorrichtung B auf eine geringe Anzahl von Modulen fällt und im Falle der Vorrichtung C auf eine geringe Anzahl von Modulen fällt, die mit der Lichtauffangvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet sind, wobei das Sonnenlicht im Falle der Vorrichtungen A und B direkt auf das Modul fällt, während es im Falle der Vorrichtung C gebrochen wird, während es durch die Lichtauffangvorrichtung tritt, und dann auf einem kleinen Modul aufgefangen wird.
4 ist eine schematische Implementationsansicht des fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung für Positionen der Sonne am Morgen.
5 ist eine schematische Implementationsansicht des fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung für Positionen der Sonne am Mittag.
6 ist eine schematische Implementationsansicht des fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung für Positionen der Sonne am Nachmittag.
7 ist eine schematische Ansicht eines Solarzellenmoduls, das mit einer kleinen reflektierenden Platte gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
8 ist eine mimetische Darstellung der Sonnenlichtverfolgung eines fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts, das mit einer üblichen Lichtauffangvorrichtung mit konvexer Linse ausgestattet ist, wobei die Lichtauffangvorrichtung und das Modul am Sonnenlicht ausgerichtet werden müssen und die konvexe Linse das Sonnenlicht präzise verfolgen muss, wobei die Effizienz der Stromerzeugung stark reduziert wird, falls die Linse nicht senkrecht zum Sonnenlicht ist.
8 ist eine mimetische Darstellung der Sonnenlichtverfolgung eines fotovoltaischen Stromerzeugungsgeräts, das mit einer zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, wobei unabhängig von der Position der Sonne auch dann, wenn nur das Modul senkrecht zum Sonnenlicht ist, eine maximale Effizienz der Stromerzeugung sichergestellt werden kann und das Modul auf einfache Weise senkrecht zur Sonne ausgerichtet werden kann.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Obwohl die Position der Sonne sich im Laufe des Tages stetig von Osten nach Westen und vom Boden aufwärts verändert, weist gemäß dem fotovoltaischen Stromerzeugungsgerät mit einer zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung einen derartigen Aufbau auf, dass sie sich beim Verfolgen der Sonne nicht bewegen muss, ganz gleich, in welcher Position sich die Sonne im Laufe des Tages befindet, wobei Sonnenlicht, das durch die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung tritt, auf einem Fokuspunkt konzentriert wird, der auf einer gegenüberliegenden Seite der Lichtauffangvorrichtung angeordnet ist, und sich dieser Fokuspunkt in einer zur Sonne entgegengesetzte Richtung bewegt, und eine effektive fotovoltaische Stromerzegung ermöglicht wird, indem kleine Solarzellenmodule 11 an der Bahn des Fokuspunkts angeordnet werden und eine Installation zum Bewegen dieser Module vorgenommen wird.
Die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung spielt in der vorliegenden Erfindung eine äußerst wichtige Rolle. Wenn das Sonnenlicht, das über die Vorderfläche der Lichtauffangvorrichtung fällt, durch die Lichtauffangvorrichtung tritt, bewirkt die Lichtauffangvorrichtung durch ihre Fokaldistanz aufgrund der Differenz im Brechungsindex, dass das Sonnenlicht an einer Position entfernt von der Rückseitenfläche der Lichtauffangvorrichtung fokussiert wird. Die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung weist einen derartigen Aufbau auf, dass mehrere Zylinder mit einem konstanten Abstand in einer Ebene voneinander parallel zueinander angeordnet sind. Wenn der Zwischenraum zwischen den Zylindern zu eng ist, wird das Einfallen des Sonnenlichts von benachbarten Zylindern behindert, und wenn der Zwischenraum zwischen den Zylindern zu breit ist, geht eine große Menge an Sonnenlicht verloren, weshalb der Zwischenraum vorzugsweise das 0,5- bis 2-fache des Durchmessers des Zylinders beträgt. Das Schnittprofil des Zylinders kann die Form eines Kreises, eines Ovals, eines Teilkreises usw. aufweisen, damit die Lichtauffangvorrichtung keinen Fokus bilden und sich nicht zum Verfolgen der Sonne bewegen muss. Der geometrische Durchmesser des Zylinders wird von der Komplexität des Geräts usw. bestimmt, wobei bei einem zu kleinen Durchmesser die Größe des Solarzellenmoduls nicht wesentlich reduziert werden kann oder die Streuung des Sonnenlichts zunimmt; wenn dagegen der Durchmesser zu groß ist, wird die Anlage schwer, weshalb der Durchmesser vorzugsweise 2 bis 20 cm beträgt. Die Länge des Zylinders kann wahlweise innerhalb eines strukturell zulässigen Bereichs festgelegt werden. Das Sonnenlicht, das durch die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung getreten ist, bildet den Fokus, dessen Breite geringer als der Durchmesser des Zylinders ist und der in Längsrichtung gestreckt ist, und wird nach dem Passieren der Fokaldistanz erneut zerstreut. Das heißt, da das Sonnenlicht am Fokus konzentriert wird, kann für den Fall, dass die Solarzellenmodule an der Fokusposition angeordnet sind, mit einer geringen Anzahl von Solarzellenmodulen elektrische Energie erlangt werden. Die Position und Weite des Fokus sind Variablen, die von physischen Eigenschaften der Lichtauffangvorrichtung abhängig sind, d. h. ihrer Form, ihrem geometrischen Durchmesser, ihrem Brechungsindex usw. sowie der Längen- und Breitengradposition der Sonne usw., und lassen sich daher leicht bestimmen. Solarzellenmodule, die etwas größer als die Breite des Fokus sind, sind am Fokus angeordnet, um das konzentrierte Sonnenlicht maximal zu absorbieren.
Da die Lichtauffangvorrichtung mehrere Zylinder umfasst, bildet jeder der mehreren Zylinder jeweils den Fokus, und ein Solarzellenmodul parallel zur Längsrichtung des Zylinders ist am Fokus angeordnet. Das heißt, das Sonnenlicht, das durch einen Zylinder getreten ist, wird an einem Solarzellenmodul konzentriert, das am Fokus hinten am Zylinder angeordnet ist.
Auf diese Weise sind die Zylinder mit einem konstanten Abstand in einer Ebene parallel zueinander angeordnet, und auch die Solarzellenmodule sind mit einem konstanten Abstand an den einzelnen Fokuspositionen parallel zueinander angeordnet. Die Breite des Moduls kann entsprechend der Menge an eingefangenem Sonnenlicht oder den Betriebsbedingungen frei bestimmt werden, derart, dass sie wesentlich geringer als der Durchmesser der Lichtauffangvorrichtung ist. Wie in 7 gezeigt, kann das Sonnenlicht, das außerhalb des Solarzellenmoduls verloren geht, dank einer reflektierenden Platte, die um das Solarzellenmodul herum angeordnet ist, auf das Solarzellenmodul reflektiert werden, wodurch sich der Sonnenlichtverlust minimieren und die Anzahl der verwendeten Solarzellen weiter reduzieren lässt.
Um eine unterschiedliche Fokaldistanz zu erlangen, wird ein stabartiger Zylinder benutzt, wobei eine Fläche des Zylinders und sein Inneres aus einem Material mit unterschiedlichem Brechungsindex bestehen; im Falle eines hohlen rohrartigen Zylinders kann ein Wärmemedium zum Wiedergewinnen von Wärme durch den Zylinder fließen. Der stabartige Zylinder ist an einem Rahmen zum Fixieren des oberen und unteren Teils des Zylinders fixiert, und der rohrartige Zylinder ist mit einem Rahmen verbunden, der derart ausgelegt ist, dass das Wärmemedium durch den oberen und unteren Teil des Zylinders fließen kann. Die Lichtauffangvorrichtung und das Solarzellenmodul mit dem beschriebenen Aufbau können den Einfluss von Wind oder Regen usw. minimieren, indem sie auf relativ einfache und feste Weise fixiert sind, da nur das Solarzellenmodul bewegt wird.
Als Zubehörteil ist eine mechanische Vorrichtung zum Bewegen des Solarzellenmoduls in der Lichtauffangvorrichtung oder unabhängig von der Lichtauffangvorrichtung installiert und bewegt das Solarzellenmodul mehrmals täglich auf die Fokusbahn, die entsprechend der Bewegung der Sonne entsteht.
Bei der fotovoltaischen Stromerzeugung des Stands der Technik müssen die Lichtauffangvorrichtung und das Solarzellenmodul zusammen in Abhängigkeit vom Sonnenstand bewegt werden; gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch wird ein fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät erzielt, das das Solarzellenmodul auf Grundlage des Prinzips, dass die Fokaldistanz je nach Sonnenstand variiert, auf die Fokusbahn bewegt, weshalb es unabhängig von der Höhen- oder Breitenposition der Sonne ist. Wenn der Teil, der aus der Lichtauffangvorrichtung und dem Solarzellenmodul besteht, derart aufgebaut ist, dass diese entsprechend der Höhenposition der Sonne gedreht werden, wird sichergestellt, dass die Fokaldistanz und die Brennweite stets konstant sind, wodurch eine fotovoltaische Stromerzeugung mit einer optimalen Anzahl von Solarzellenmodulen ermöglicht wird.
Bei der fotovoltaischen Stromerzeugung unter Verwendung einer üblichen Lichtauffangvorrichtung wird das gesamte System um einen Winkel von maximal 180 Grad gedreht; bei der vorliegenden Erfindung dagegen kann dank eines Aufbaus, wobei der Teil, der aus der Lichtauffangvorrichtung und dem Solarzellenmodul besteht, früh am Morgen um einen Winkel von 30 Grad zur Sonne hin gedreht und dann fixiert wird und am späten Nachmittag erneut um einen Winkel von 30 Grad zur Sonne hin gedreht wird, trotz des engen Drehwinkels eine zusätzliche Sonnenscheindauer von vier Stunden (d. h. je zwei Stunden morgens und nachmittags) erreicht werden.
Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät bereitgestellt, wobei anders als bei Lichtauffangvorrichtungen anderen Typs, d. h. konvexen Linsen oder Fresnel-Linsen, eine relativ geringe Anzahl von Solarzellenmodulen am Bewegungsweg 21 des Fokus des Sonnenlichts entlang bewegt werden, während die meisten Teile des Geräts unabhängig vom Bewegungsweg der Sonne fest fixiert sind.
Beispiel 1

Um die Wirkung der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung der vorliegenden Erfindung zu erkennen, wurde die von drei Geräten erzeugte Leistung gemessen, wie in 3 gezeigt. Die Leistung ist in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt und wurde in Gerät A ohne Lichtauffangvorrichtung und mit einem Solarzellenmodul von 30 mm Breite, Gerät B ohne Lichtauffangvorrichtung und mit einem Solarzellenmodul von 2 mm Breite und Gerät C mit einer zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung von 30 mm Durchmesser und einem Solarzellenmodul von 2 mm Breite erzeugt, das im Fokus des Sonnenlichts angeordnet war. Da die elektrische Leistung im Falle des Nichtvorhandenseins der Lichtauffangvorrichtung proportional zur Größe des Moduls ist, müssen zahlreiche Solarzellenmodule benutzt werden, um eine größere Menge Leistung zu erzeugen. Im Falle des Geräts C mit der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung wurde eine um etwa das 4,7-fache größere Leistung durch das Auffangen von Licht durch ein Modul derselben Größe (vergleiche Gerät B und Gerät C) erzeugt. Tabelle 1

	Lichtauffangvorrichtung	Breite des Moduls (mm)	Nutzungsverhältnis des Moduls	Leistung (mW)	Leistungserzeugungsverhältnis
Gerät A	nein	30	1500%	173	1440%
Gerät B	nein	2	100%	12	100%
Gerät C	zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung mit einem Durchmesser von 30 mm	2	100%	57	475%

Beispiel 2
Die Leistung wurde über einen Zeitraum von 9.00 Uhr bis 15.00 Uhr gemessen und wurde in Gerät C erzeugt, das die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung mit einem Durchmesser von 30 mm und das Solarzellenmodul mit einer Breite von 2 mm aufwies, angeordnet an der Fokusposition des Sonnenlichts. Während die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung in keiner Weise gedreht oder bewegt wurde, wurde das 2 mm breite Solarzellenmodul an der Sonnenbahn entlang bewegt, und die Leistung konnte mit einer maximalen Absorptionseffizienz erzeugt werden, da das Solarzellenmodul die Sonnenenergie stets vertikal absorbierte. Dabei bewegte sich ausschließlich das Solarzellenmodul auf der Fokusbahn des Sonnenlichts, und die Bewegungsstrecke des Solarzellenmoduls betrug etwa 45 mm. Tabelle 2

Zeit Um 9 Uhr Um 12 Uhr Um 15 Uhr

Leistung (mW) 35 56 47
Beispiel 3
Bei einer zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung, wobei mehrere Zylinder in konstantem Abstand angeordnet waren, wurde die Sonneneinstrahlungsdauer abhängig von der Distanz ermittelt, in der das Sonnenlicht ohne Beeinflussung durch benachbarte Zylinder konzentriert werden konnte. Bei einem Abstand zwischen den Zylindern, der das 0,5-fache, einfache und zweifache des Zylinderdurchmessers betrug, war die Sonneneinstrahlungsdauer jeweils etwa 6 Stunden, 8 Stunden bzw. 10 Stunden.
Angesichts der Tatsache, dass die Sonnenscheindauer in Korea im Winter 9 Stunden und im Sommer 12 Stunden beträgt, wurde eine Lösung zur Verlängerung der Sonneneinstrahlungsdauer ermittelt. Das Gerät, wobei der Abstand zwischen den Zylindern das einfache des Zylinderdurchmessers betrug, wurde um 6.00 Uhr um einen Winkel von 30 Grad zur Sonne hin gedreht, um 8.00 Uhr in die Ausgangsposition zurückgebracht und dann um 16.00 Uhr um einen Winkel von 30 Grad zur Sonne hin gedreht, wodurch insgesamt 12 Stunden Sonneneinstrahlung bis 18.00 Uhr erreicht wurden. Im Vergleich zum Stand der Technik, wobei das gesamte System um einen Winkel von 180 Grad gedreht werden muss, um insgesamt 12 Stunden Sonneneinstrahlung zu erreichen, wurden 12 Stunden Sonneneinstrahlung erreicht, indem die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung jeweils um einen Winkel von 30 Grad nach links bzw. rechts gedreht wurde.
Wirkungen der vorliegenden Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Wirkungen, die durch das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät mit der Lichtauffangvorrichtung erlangt werden, unabhängig vom Einfallswinkel des Sonnenlichts äußerst hoch.

(1) Das fotovoltaische Stromerzeugungsgerät mit der Lichtauffangvorrichtung kann die Anzahl der verwendeten teuren Solarzellenmodule reduzieren, da die Energiedichte dank des Auffangens des Sonnenlichts hoch ist.
(2) Da der Abschnitt der Lichtauffangvorrichtung kugelförmig oder oval oder insbesondere kreisförmig usw. ist, ist das Auffangen von Sonnenlicht auch dann möglich, wenn die Lichtauffangvorrichtung nicht in Bezug auf die Sonne bewegt oder gedreht wird, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass keine mechanischen Vorrichtungen zum Bewegen der Lichtauffangvorrichtung notwendig sind und die Konstruktion der Anlage vereinfacht wird; außerdem wird die Haltbarkeit stark erhöht, und das feste Fixieren der Anlage wird erleichtert.
(3) Die einzigen Teile, die bewegt werden müssen, sind das kleine Solarzellenmodule, das an der Fokusbahn des Sonnenlichts angeordnet ist, und die Vorrichtung zum Bewegen des Moduls, und es ist ausreichend, wenn das Modul nur innerhalb des Bewegungsbereichs des Sonnenlichtfokus bewegt wird, so dass der Bewegungsbereich sehr eng ist und auch von einer einfachen Vorrichtung erreicht werden kann. Wenn die nutzbare Sonneneinstrahlungsdauer 8 Stunden pro Tag beträgt, ist es ausreichend, wenn das Solarzellenmodul um einen Winkel von nur 120 Grad der Fokusbahn des Sonnenlichts gedreht wird. Da die Lichtauffangvorrichtung nicht gedreht wird und außerdem stets senkrecht zum Sonnenlicht ist, ist es nicht nötig, die Lichtauffangvorrichtung zur genauen Anpassung am Sonnenlicht auszurichten, so dass eine Verfolgungsvorrichtung stark vereinfacht wird und es technisch sehr einfach ist, nur das kleine Solarzellenmodul senkrecht zur Sonne zu halten.
(4) Da die Lichtauffangvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen derartigen Aufbau aufweist, dass mehrere Zylinder in konstantem Abstand angeordnet sind, kann das Sonnenlicht durch einen Zwischenraum zwischen den Zylinders auf eine untere Seite des Stromerzeugungsgeräts scheinen, weshalb die Lichtauffangvorrichtung auch zum Beleuchten von Gebäuden, Ausbilden von Lichtschutz oder an landwirtschaftlichen Standorten usw. benutzt werden kann.
(5) Da die Lichtauffangvorrichtung der vorliegenden Erfindung den Zwischenraum zwischen den Zylindern aufweist, können Schnee, Regen und Wind leicht durch die Vorrichtung hindurch gelangen, so dass sie kaum Verformungen oder Zittern verursachen, weshalb die Lichtauffangvorrichtung auch in einer umfangreichen Anlage relativ einfach und fest installiert werden kann.
(6) Wenn Flüssigkeiten wie Wasser in die rohrartige Lichtauffangvorrichtung eingeleitet wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Teil der Sonnenenergie, der die Temperatur des Solarzellenmoduls erhöht, zunächst als Wärmeenergie absorbiert, und das übrige Sonnenlicht, das durch die Lichtauffangvorrichtung tritt, wird dann vom Solarzellenmodul als elektrische Energie wiedergewonnen, wodurch gleichzeitig Sonnenlicht und Wärme aufgefangen werden können.
(7) Wenn bei dem fotovoltaischen Stromerzeugungsgerät des Stands der Technik die Temperatur des Solarzellenmoduls durch das Auffangen von Sonnenlicht stark ansteigt, reduziert dies die Effizienz der elektrischen Umsetzung, weshalb eine komplexe Vorrichtung zum Kühlen der Solarzellenmodule auf eine geeignete Temperatur benötigt wird; bei der vorliegenden Erfindung jedoch kann die Temperatur des Solarzellenmoduls mithilfe einer relativ einfachen Vorrichtung gesteuert werden, indem zunächst ein Teil der Sonnenenergie als Solarwärme wiedergewonnen wird.
(8) Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Differenz in der Energieerzeugung aufgrund der wechselnden Höhenposition der Sonne relativ leicht gehandhabt werden. Bei wechselnder Höhenposition der Sonne ändert sich auch die Fokaldistanz der Lichtauffangvorrichtung. Wenn also das Solarzellenmodul unter Berücksichtigung der Änderung der Fokaldistanz auf die Fokusbahn bewegt wird oder die Breite des Solarzellenmoduls festgelegt wird, ist die fotovoltaische Stromerzeugung auch ohne Drehen oder Auf/Ab-Bewegung der Lichtauffangvorrichtung möglich.
(9) Wenn das Innere und das Äußere der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung aus Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex hergestellt werden, können die Fokaldistanz und die Fokusbahn angepasst werden.
(10) Wenn die reflektierende Platte um das Solarzellenmodul herum angeordnet sind, kann das um das Modul verloren gegangene Sonnenlicht auf das Modul reflektiert werden, wodurch die Anzahl der verwendeten Solarzellenmodule weiter reduziert oder die Effizienz beim Auffangen des Sonnenlichts erhöht werden kann.

Außerdem wird bei der fotovoltaischen Stromerzeugung mithilfe der üblichen Lichtauffangvorrichtung das gesamte System um maximal 180 Grad gedreht, während bei der vorliegenden Erfindung der Teil, der aus der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung dem Solarzellenmodul besteht, früh am Morgen zur Sonne hin gedreht und anschließend fixiert wird und dann am späten Nachmittag erneut zur Sonne hin gedreht wird, wodurch die Sonneneinstrahlungsdauer am frühen Morgen und späten Nachmittag trotz des engen Drehwinkels verlängert werden kann.
Wenn der Teil, der aus der Lichtauffangvorrichtung und dem Solarzellenmodul besteht, entsprechend der Höhenposition der Sonne gedreht wird, werden stets eine konstante Fokaldistanz und die Brennweite erreicht, wodurch eine fotovoltaische Stromerzeugung mit einer optimalen Anzahl von Solarzellenmodulen ermöglicht wird.
Durch Bereitstellen des fotovoltaischen Stromerzeugungsverfahrens mit den oben genannten Wirkungen kann die vorliegende Erfindung Elektrizität allein mithilfe der Sonnenlichtauffangvorrichtung, einer kleinen Anzahl von Solarzellenmodulen und geringstmöglicher Menge an Vorrichtungen und Energie zum Bewegen der Module erzeugen und löst die Probleme in Bezug auf Platz zum Bewegen von üblichen Anlagen, der Bewegungsstrecke, des Gewichts der Anlagen, des Einflusses von Wetter, mechanischer Festigkeit, Haltbarkeit usw. wie bereits erwähnt, und reduziert die Investitionskosten und die Betriebskosten der fotovoltaischen Stromerzeugungsanlagen stark, womit sie einen großen Beitrag zur erweiterten Anwendung der fotovoltaischen Stromerzeugung, von Solargebäuden usw. leistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-0420868 [0005]
KR 10-0466257 [0005]

Claims

Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät, umfassend: eine zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung, die die Form eines in Längsrichtung (axial) gestreckten massiven Stabs (Zylinders) aufweist und Sonnenlicht, das über einen Vorderflächenteil durch die Vorrichtung fällt, durchlässt, bricht und konzentriert, um einen Fokus an einer Position zu bilden, die von einem Rückflächenteil des Stabs um eine Fokaldistanz beabstandet ist, und wobei mehrere Stäbe, die nicht um eine Achse gedreht werden, in einer Ebene in einem konstanten Abstand des 0,5- bis 2-fachen eines Durchmessers des Stabs parallel zueinander angeordnet sind; mehrere Solarzellenmodule, die eine Breite aufweisen, die geringer als der Durchmesser des Stabs der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung ist, und die in Längsrichtung gestreckt sind und eins zu eins den einzelnen Stäben entsprechen und an der Fokusposition auf der Rückseite der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung angeordnet sind und senkrecht zum Sonnenlicht bleiben; und eine Vorrichtung, die die Solarzellenmodule auf die Fokusbahn des Sonnenlichts bewegt, indem sie sich entsprechend einem Einfallwinkel des Sonnenlichts bewegt, derart, dass die Solarzellenmodule senkrecht zum Sonnenlicht bleiben.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät nach Anspruch 1, wobei die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung eine Lichtauffangvorrichtung umfasst, die den Fokus des Sonnenlichts auf einer gegenüberliegenden Seite in Bezug auf eine Einfallsrichtung des Sonnenlichts bildet und einen Querschnitt von Kreis-, Oval- oder Teilkreisform aufweist.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät nach Anspruch 1, wobei eine rohrartige Lichtauffangvorrichtung umfasst, die es zulässt, dass Flüssigkeit wie etwa Wasser in der Vorrichtung fließt, wodurch das Wiedergewinnen von Solarwärme und die fotovoltaische Stromerzeugung gleichzeitig erreicht werden.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät nach Anspruch 1, wobei die zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung eine Lichtauffangvorrichtung umfasst, deren Inneres und Äußeres aus Material mit unterschiedlichem Brechungsindex bestehen, um die Fokaldistanz einzustellen.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät nach Anspruch 1, wobei das Solarzellenmodul mit einer reflektierenden Platte versehen ist, die um das Modul herum angeordnet ist, um das um das Modul herum verloren gehende Sonnenlicht auf das Modul zu reflektieren und auf diese Weise das Sonnenlicht aufzufangen.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät, umfassend: eine zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung, die die Form eines in Längsrichtung (axial) gestreckten massiven Stabs (Zylinders) aufweist und Sonnenlicht, das über einen Vorderflächenteil durch die Vorrichtung fällt, durchlässt, bricht und konzentriert, um einen Fokus an einer Position zu bilden, die von einem Rückflächenteil des Stabs um eine Fokaldistanz beabstandet ist, und wobei mehrere Stäbe, die nicht um eine Achse gedreht werden, in einer Ebene in einem konstanten Abstand des 0,5- bis 2-fachen eines Durchmessers des Stabs parallel zueinander angeordnet sind; mehrere Solarzellenmodule, die eine Breite aufweisen, die geringer als der Durchmesser des Stabs der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung ist, und die in Längsrichtung gestreckt sind und eins zu eins den einzelnen Stäben entsprechen und an der Fokusposition auf der Rückseite der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung angeordnet sind und senkrecht zum Sonnenlicht bleiben; eine Vorrichtung, die die Solarzellenmodule auf die Fokusbahn des Sonnenlichts bewegt, indem sie sich entsprechend einem Einfallwinkel des Sonnenlichts bewegt, derart, dass die Solarzellenmodule senkrecht zum Sonnenlicht bleiben; und eine Vorrichtung zum Drehen eines Teils, der aus der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung und dem Solarzellenmodul besteht, um eine Achse.
Fotovoltaisches Stromerzeugungsgerät, umfassend: eine zylinderförmige Lichtauffangvorrichtung, die die Form eines in Längsrichtung (axial) gestreckten massiven Stabs (Zylinders) aufweist und Sonnenlicht, das über einen Vorderflächenteil durch die Vorrichtung fällt, durchlässt, bricht und konzentriert, um einen Fokus an einer Position zu bilden, die von einem Rückflächenteil des Stabs um eine Fokaldistanz beabstandet ist, und wobei mehrere Stäbe, die nicht um eine Achse gedreht werden, in einer Ebene in einem konstanten Abstand des 0,5- bis 2-fachen eines Durchmessers des Stabs parallel zueinander angeordnet sind; mehrere Solarzellenmodule, die eine Breite aufweisen, die geringer als der Durchmesser des Stabs der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung ist, und die in Längsrichtung gestreckt sind und eins zu eins den einzelnen Stäben entsprechen und an der Fokusposition auf der Rückseite der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung angeordnet sind und senkrecht zum Sonnenlicht bleiben; eine Vorrichtung, die die Solarzellenmodule auf die Fokusbahn des Sonnenlichts bewegt, indem sie sich entsprechend einem Einfallwinkel des Sonnenlichts bewegt, derart, dass die Solarzellenmodule senkrecht zum Sonnenlicht bleiben; und eine Vorrichtung zum Drehen eines Teils, der aus der zylinderförmigen Lichtauffangvorrichtung und dem Solarzellenmodul besteht, auf die Höhe der Sonne.